一种耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法与流程

本发明属于疏浚工程技术领域，特别是涉及一种耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法。

背景技术：

目前，自航耙吸式挖泥船针对含有毒气体土质的挖掘一直是疏浚界的难题，尤其是针对含易燃易爆的神经性毒素气体H₂S的土质的施工更是罕见。根据中国《工业企业设计卫生标准》TJ36-79及《美国职业安全健康研究所制定的允许暴露限制》的H2S安全标准，当甲板H₂S浓度高于10ppm，停止施工，否则会危险船舶施工人员安全。但由于耙吸船是将疏浚物直接装进舱内运输到制定地点倾泻的疏浚船舶，其开敞式的泥舱结构势必造成H₂S气体的扩散，甲板上H₂S浓度远高于安全限定值，所以常规耙吸船存在根本无法施工等技术问题。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法。

本发明的目的是提供一种具有操作方便，经济实用，使耙吸船能正常施工，提高了耙吸船适用性，经济效益显著，具有广泛的推广价值等特点的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法。

耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的施工过程：

1.泥舱改造

1.1泥舱骨架搭设

对甲板泥舱进行封闭操作的基础工作即是在泥舱上部搭设足够强度和刚度的骨架，以保证封闭工作的完成。

1.2封闭膜的选择

在现有市场环境下，封闭膜的材质较多，例如帆布、加厚塑料膜、铁板等，通过对泥舱工作期间舱内气压变化的分析发现，使用美国Dr.Shrink热缩膜。其具有以下特点：热缩膜具有良好的收缩性和韧性，可承担重负荷的应用；材质选用100％原生树脂，紫外线抑制剂和其他添加剂，旨在抵御阳光，雨，化学物质和热量的降解，使用寿命较长；具有耐腐蚀、抗氧化等特性；使用简便，便于操作，价格低廉。

1.3封闭膜的敷设

对于封闭膜的敷设主要考虑膜宽度不足所致的膜与膜之间的搭口处理，以及膜在泥舱周围的封口处理两个操作要点。

膜与膜的搭口采用互压1m，热熔贴合，保证接口位置的密闭性及使用中的稳定性。

膜在泥舱周围的封口处采用非完全贴合工艺，以适应泥舱内压差的变化。即在封闭膜的边缘处串接Φ12mm的尼龙绳并由电工扎带固定，形成软筋，便于固定。同时在甲板上焊接压条，用于对封闭膜进行固定，在泥门液压缸等不易固定的位置，采用沙袋压制固定。为保证在船舶施工期间泥舱气压变化所导致封闭膜上下起伏，影响使用寿命的问题，在封闭膜外部采用绑扎带进行分段固定，间距不大于2m，再辅以渔网进行蒙盖，以保证其在泥舱骨架上的贴合。

2.泥舱通风系统

泥舱通风系统采用机械通风，将气体由泥舱前后端四台离心风机进行强制排风，将前后各两条风管汇总一条，然后可通过管路上的蝶阀控制进行左右舷或尾部进行排放，排出口设置在船舶两舷和尾部中间靠右附近，根据施工时作业的风向选择左舷、右舷和尾部进行排放，如左右舷来的横向风可采用在左舷或右舷排放，如从船头来风，必须将风管的风排向船尾。风机的启停、风管蝶阀转换控制均在驾驶台进行操作。

3.舱室通风改造

将甲板低于泥舱面的进风筒进行加高3m，降低H₂S有毒气体被直接吸入舱室内几率。

由于机泵舱处所需要始终保持正压状态，故在施工时整个机舱需要进风量较大。在大进风量的同时，海面上或甲板上的H₂S气体极有可能被吸入到机泵舱，造成气体在角落的沉积。因此利用机泵舱现有通风设备，在原风管上进行延伸、重新开风口及增加支管等，以达到对机、泵舱的通风全覆盖，并辅助移动式通风机进行通风，增强气体流动，避免局部H₂S气体含量过高而致的安全事件。

对于生活区舱室，采用密封所有外部开孔，如水密门、通风格栅、所有电缆开孔、工艺孔等；对内部通往机舱、泵舱和其它舱室的门、窗、孔进行密封，保证气密性。同时将生活区的空调改为内部循环，不能使外部的空气进入内部，隔离回风总管与机舱通风连接的地方，防止气体进入生活区，将空调风机外部进风口封闭，保证不能有外界气体进入。

4.施工操作

4.1交替施工

水下H₂S气体是由于存在特殊厌氧细菌进行无氧分解后相互聚集而产生的，一般是分层分布，所以应把施工区划分为多个里程段，采取薄层开挖，逐段逐层交替施工。在一个区域均匀布线后，调整至下一区域施工，使已施工区段水下H₂S气体充分释放，待释放完毕后再回到此区域施工下一层。

4.2根据风向选择施工方案

根据该地区风玫瑰图可知，分析其主要风向、次主导风向及其风速，同时查看船舶施工航道走向，充分利用H2S有毒气体在风中扩散速度快的物理性质，合理利用风向及风速，降低H₂S有毒气体对施工安全的影响。船舶必须安装风向指示器，用以随时观察船舶相对风向，便于船舶合理安排施工生产。

a)当无风时，开启船艉排风施工，同时开启船艉处移动式风机，加强驱散效果，避免大型方形钝体(船舶上层建筑)背侧的涡流影响。

b)当顶风时施工航道等H2S有毒气体偏高的区域。开启船尾风机，强排泥舱中H2S有毒气体向船尾方向，气体被艏向来风迅速吹离，船舶处于相对安全区域。

c)当顺风时，停止施工，船舶空跑至施工区另一端，调头后顶风施工。

d)横风时施工航道等H₂S有毒气体偏高的区域。因为施工时产生的H2S有毒气体能快速飘向下风侧，即便船舶下风侧H2S有毒气体有局部聚积，可开启移动式风机进行驱散。

4.3满舱置换施工

为了降低泥浆中H₂S气体的溢出速度，尽量降低泥舱内H₂S气体的含气量，我们经理论分析、实践应用，发现采用置换施工的施工工艺能够达到较好效果。

施工中采取如下工艺挖泥：开挖前，开启风机并将泥舱注入清水，且溢流筒调至最高，尽量缩小初始时泥舱的封闭容积，使抽风机在一个相对较小的舱容里抽风，实现泥舱内负压，保证抽吸效果。此时耙子到底开始挖泥，吸入的泥浆经过灌满水的泥舱至消能器再上涌，由于减小了泥浆装舱时的扰动，使H2S气体一部分溶入水中，同时减缓了气体释放的速度，利于风机抽排。实践证明，此方法很有效果，H2S监测器报警的次数明显变少，监测的浓度值明显变低。

4.4施工航速

耙吸挖泥船挖掘含H₂S气体土质的产量取决于施工的连续性，即时间利用率，故限速开挖可有效降低水下H₂S气体冒出威胁施工安全的风险，从而保证施工时间利用率，保证施工产量。但航速不宜过高，避免只讲安全不见生产的现象。故一般选取2kn左右为宜。

4.5泥泵转速

对于含H₂S气体的泥浆来说，进舱流速的大小关系着对泥浆的扰动情况，从而影响的H₂S气体从水中的释放量，因此控制泥浆进舱流速是关键。

在施工中，通力轮采用170rpm(最低转速)施工，在一定程度上降低了泥浆的进舱流速26％，减缓了H2S气体的释放速度。

4.6分层厚度

施工区域土质H₂S气体分布不均匀，暂无规律可循，通过试挖发现该地区H₂S气体有局部爆发性释放的特点，故在施工中需控制下耙深度，以小层厚的方案对施工区进行浚挖。施工层厚减小到30cm，这样可有效避免H₂S气体的爆发性释放。

4.7抛泥

抛泥时由于泥门打开的瞬间泥浆倾泻而出，会造成泥舱内气压降低，加之通风系统的排风作用，使得舱内形成负压，因此应注意泥门开启速度及泥舱内空气压力的变化。抛泥作业时，需要缓慢开启泥门，不可一次性开启多组泥门，控制泥门开度的大小，同时观察泥舱封闭膜的情况，适时启闭泥舱通风风机，以确保抛泥作业的顺利完成，并提高封闭膜的使用寿命。

本发明耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法所采取的技术方案是：

一种耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特征是：耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法是采用耙吸式挖泥船进行硫化氢防护方式，对泥舱舱口进行封闭，收集随泥泵泵入泥舱的H₂S有毒气体，泥舱的舱内设置排风系统，保证舱内挖掘与抛泥期间负压环境，避免H₂S泄漏。

本发明耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法还可以采用如下技术方案：

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：耙吸船设有船舶工作与生活舱室的通风系统，通过舱室密封、强制排风、双重隔离手段实现了生活舱室的内循环，生活舱室配有24h H₂S监控报警系统。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：舱室通风系统将甲板低于泥舱面的进风筒进行加高2－5m，降低H₂S有毒气体被直接吸入舱室内几率。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：耙吸式挖泥船进行硫化氢防护方式采用泥舱骨架搭设，骨架加装封闭膜对泥舱舱口进行封闭。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：封闭膜为帆布、加厚塑料膜、塑料板或铁板。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：排风系统采用机械通风，气体由泥舱前后端四台离心风机进行强制排风，将前后各两条风管汇总一条，然后可通过管路上的蝶阀控制进行左右舷或尾部进行排放，排出口设置在船舶两舷和尾部中间靠右附近，根据施工时作业的风向选择左舷、右舷和尾部进行排放，左右舷来的横向风采用在左舷或右舷排放，从船头来风，将风管的风排向船尾。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：离心风机的启停、风管蝶阀转换控制均在驾驶台进行操作。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：挖掘与抛泥采用薄层开挖、交替施工、限速破土的施工方式，把施工区划分为多个里程段，采取薄层开挖，逐段逐层交替施工，在一个区域均匀布线后，调整至下一区域施工，使已施工区段水下H₂S气体充分释放，待释放完毕后再回到此区域施工下一层。

所述的耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，其特点是：挖掘与抛泥采用满舱溢流施工的工艺方法，减少泥浆装舱扰动，同时降低H₂S气体的溢出速度，降低H₂S在甲板的沉积浓度。

本发明具有的优点和积极效果是：

耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明制定了针对性的船舶改造方案及施工工艺，有效解决了H₂S有毒气体防护、收集、排放等问题，具有操作方便，经济实用，使耙吸船能正常施工，提高了耙吸船适用性，经济效益显著，具有广泛的推广价值等优点。

附图说明

图1是耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法的泥舱改造截面结构示意图；

图2是图1中的俯视结构示意图；

图3是通风筒加高结构示意图；

图4是交替施工示意图；

图5是满舱置换施工示意图。

图中，1、20#工字钢，2、20#工字钢，3、20#工字钢，4、泥舱舱口，5、泥管，6、Φ108*6钢管，7、泥管，8、20^#工字钢，9、L100*63*7角钢，10、新通风筒，11、风机，12、支撑架。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1至图5。

实施例1

一种耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的方法，是采用耙吸式挖泥船进行硫化氢防护方式，采用泥舱骨架搭设，骨架加装封闭膜对泥舱舱口进行封闭，封闭膜为复合材料加厚塑料膜，收集随泥泵泵入泥舱的H₂S有毒气体。泥舱的舱内设置排风系统，保证舱内挖掘与抛泥期间负压环境，避免H₂S泄漏。耙吸船设有船舶工作与生活舱室的通风系统，通过舱室密封、强制排风、双重隔离手段实现了生活舱室的内循环，生活舱室配有24h H₂S监控报警系统。

舱室通风系统将甲板低于泥舱面的进风筒进行加高3m，降低H₂S有毒气体被直接吸入舱室内几率。

排风系统采用机械通风，气体由泥舱前后端四台离心风机进行强制排风，将前后各两条风管汇总一条，然后可通过管路上的蝶阀控制进行左右舷或尾部进行排放，排出口设置在船舶两舷和尾部中间靠右附近，根据施工时作业的风向选择左舷、右舷和尾部进行排放，左右舷来的横向风采用在左舷或右舷排放，从船头来风，将风管的风排向船尾。离心风机的启停、风管蝶阀转换控制均在驾驶台进行操作。

挖掘与抛泥采用薄层开挖、交替施工、限速破土的施工方式，把施工区划分为多个里程段，采取薄层开挖，逐段逐层交替施工，在一个区域均匀布线后，调整至下一区域施工，使已施工区段水下H₂S气体充分释放，待释放完毕后再回到此区域施工下一层。挖掘与抛泥采用满舱溢流施工的工艺方法，减少泥浆装舱扰动，同时降低H₂S气体的溢出速度，降低H₂S在甲板的沉积浓度。

本实施例的具体实施过程：

港口施工工程投入耙吸船舶挖掘含硫化氢有毒气体土质。由于海底土质含有大量的H₂S气体，出现了舱室内H₂S气体浓度100ppm以上的情况，远远高于安全标准，施工无法继续，工程一度停滞。具体采取以下方法：

对耙吸船泥舱进行改造，在泥舱上部搭设足够强度和刚度的骨架，以保证封闭工作的完成。原船泥舱舱口围现状：该船泥舱舱口围为敞开式，中间设置有平台，平台高1800mm，在泥舱舱口围上设置有一台横跨泥舱的吊车，泥舱泥门液压缸分别设置在泥舱两侧。根据现场勘验，采用在泥舱甲板面上走道采用20#工字钢和100×63×7mm角钢搭设主体框架，在泥舱面上做拱形连接，向两侧倾斜10°(主要考虑是复合材料好搭设以及便于雨水的流动)，拱形高度与泥舱上闸阀的高度平齐，在中间部位留出一段空位保证在泄泥时的进风量，避免泥舱负压过大(图1，图2)。利用复合材料热缩膜(厚度0.18mm；宽3657.6mm)对泥舱舱口进行封闭，在封闭膜外部采用绑扎带进行分段固定，间距不大于2m，再辅以渔网进行蒙盖，以保证其在泥舱骨架上的贴合。泥舱通风系统采用机械通风，将气体由泥舱前后端四台离心风机(风量18000m3/h,风压：1560pa,功率：7.5KW)进行强制排风，风机采用不锈钢材料，风管采用厚6mm的螺旋管制作，风管尺寸为Φ500mm。

对舱室通风改造，将甲板低于泥舱面的进风筒进行加高3m(图3)，降低H2S有毒气体被直接吸入舱室内几率。对于生活区舱室，采用密封所有外部开孔，如水密门、通风格栅、所有电缆开孔、工艺孔等；对内部通往机舱、泵舱和其它舱室的门、窗、孔进行密封，保证气密性。同时将生活区的空调改为内部循环。

在施工工艺方面，把施工区划分为多个里程段，采取薄层开挖，逐段逐层交替施工(图4)，根据风向选择不同施工方案，运用满舱置换施工(图5)，施工航速控制在2kn左右，泥泵转速采用170rpm(最低转速)施工，减缓了H₂S气体的释放速度。分层开挖，施工层厚减小到30cm，这样可有效避免H₂S气体的爆发性释放。

本实施例既保证了耙吸船挖掘含硫化氢有毒气体土质的施工安全，又保证了船舶施工的连续性，提高了施工效率，在节能和环保效益上也具有非常突出的积极效果。